路基土的水分扩散和冷凝迁移及路基软化机理研究

在降雨频繁地区, 每年不断的旱雨交替、冬夏循环，大气降雨、阳光辐射或干旱蒸发的循环交替过程中，通过路堤坡面入渗后的水分不断向路基中心扩散迁移，同时地温高于路表温度而产生的水分冷凝迁移，使路面结构层底部路基的含水量逐渐增加，最终使全宽路基泥化沉陷。因此研究路基土的水分扩散和冷凝迁移规律，明确由此引起的路基软化机理，对确保公路建设质量具有重要意义。本项目在研究温度变化引起基质吸力变化规律，建立土-水特征曲线随温度的变化关系，明确不同密实度路基土在干湿循环和温差变化时的冷凝迁移规律的同时，结合南方气候特点，研制符合实际的水分扩散模拟实验装置，研究不同密实度的路基土在晴雨交替（干湿循环）、冬夏循环（温差变化）、不同荷载作用下，入渗后雨水进一步向路基内部扩散的规律，建立和完善水分扩散和冷凝迁移的计算理论，揭示水分扩散和冷凝迁移引起路基软化的机理，获得路基软化的预测方法，为路基软化的预测预防提供依据。

在降雨频繁地区, 雨水入渗后不断向路基中心扩散迁移以及地温高于路表温度而产生的水分冷凝迁移，使路基泥化沉陷。因此开展水分扩散和冷凝迁移引起路基软化问题研究，对确保公路建设质量具有重要意义。研究取得如下成果:1、通过高液限红粘土的雨水入渗一维水分再分布试验,得到其典型含水率分布、湿润峰推移、土体入渗率等随降雨历时的变化规律，提高路基压实度可显著减小雨水入渗；同时结合粘土质砂一维水分再分布试验，得到了非饱和土导水率和扩散率随含水率和压实度变化的规律；再利用自行研制的基质吸力量测装置，测定了不同体积含水率、不同压实度和干湿循环的粉土和粘土质砂基质吸力变化规律，并通过拟合对比，得到了与压实度相关的土水特征曲线；为研究水分扩散机理及影响因素，设计制作模拟路基水平方向水分扩散迁移的试验装置。模拟晴雨交替和连续降雨条件，对不同晴雨交替循环、不同压实度和不同边坡坡度路基土的水分扩散迁移进行试验研究，得到了晴雨交替与连续降雨、不同压实度以及边坡坡度对路基土水分扩散迁移的影响规律。研究结果表明：路基土的压实度、路基边坡坡度以及晴雨交替循环等因素对路基的水分扩散迁移速率及迁移范围产生显著影响。路基土的水分扩散迁移是引发高填方路基含水率升高及路基软化的主要原因。2、模拟路基填土设计了不同表面温度和降水强度的雨水入渗非饱和土冷凝迁移室内试验方法，通过测定粘土质砂不同深度位置的含水量变化，揭示了温度、压实度、降雨强度对非饱和土雨水入渗及冷凝迁移的影响规律；为研究冷凝迁移引起的路基软化机理，设计制作模拟路基竖向水分冷凝迁移的试验装置，模拟竖向温差条件，通过室内试验研究得到了不同压实度路基土在不同温度梯度作用下的竖向水分冷凝迁移高度和迁移速率变化规律。3、考虑气温和降雨条件，北方的路基软化主要为竖向的水分冷凝迁移，而南方的路基软化主要为雨水入渗的水分扩散迁移。按实测的水分扩散迁移速率可大致预测路基的软化时间。通过对红粘土路基降雨入渗的仿真分析，说明降雨对低渗透性的红粘土路基含水率影响明显；在通过室内试验验证数值仿真计算的基础上，进行了降雨影响的路基水分分布数值模拟，得到了不同时段水分迁移分布特征，研究了护坡草皮对雨水入渗和扩散迁移的影响。针对路基软化机理，提出了提高路堤边坡坡度、 采用短管式护坡等技术方法以及采用一种可防水分迁移引起路基软化的路基结构等避免水分迁移引起路基软化的系列措施。